JPWO2020105171A1 - ロータリ式圧縮機 - Google Patents

Abstract

冷媒を圧縮する圧縮機構部を備えたロータリ式圧縮機であって、圧縮機構部は、環状のシリンダと、シリンダ内に形成されたシリンダ室内で回転するピストンと、シリンダを径方向に貫通する貫通穴内を進退するベーンと、ベーンの先端部がピストンの外周面に当接するようにベーンを押圧するスプリングとを備える。スプリングのベーンと反対側の端部であってオネジ部となる座巻部が、貫通穴の内周面に形成されたメネジ部にねじ込まれてスプリングが貫通穴に固定されている。スプリングは、座巻部の端がスプリングの内径方向に折り返された把持部を有する。

Description

この発明は、ロータリ式圧縮機に関し、さらに詳しくは、ベーンをピストンへ押し当てるためのスプリングの固定構造に関するものである。

従来のロータリ式圧縮機は、環状のシリンダと、シリンダ内に形成されたシリンダ室内で回転するピストンと、シリンダを径方向に貫通する貫通穴内を進退するベーンと、ベーンの先端部がピストンの外周面に当接するようにベーンを押圧するスプリングとを備えている。スプリングは、シリンダに径方向に形成された貫通穴に径方向に伸縮自在に収容されており、スプリングの端部が貫通穴の内周面に形成された螺旋状の溝にねじ込まれて保持されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−０８４５７５号公報

特許文献１のロータリ式圧縮機では、組立時にスプリングの端部を貫通穴の内周面に形成された螺旋状の溝にねじ込む必要があるが、ねじ込む際の挿入性については明らかにされていない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、スプリングを貫通穴にねじ込む際の挿入性を向上することが可能なロータリ式圧縮機を提供することを目的とする。

この発明に係るロータリ式圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構部を備えたロータリ式圧縮機であって、圧縮機構部は、環状のシリンダと、シリンダ内に形成されたシリンダ室内で回転するピストンと、シリンダを径方向に貫通する貫通穴内を進退するベーンと、ベーンの先端部がピストンの外周面に当接するようにベーンを押圧するスプリングとを備え、スプリングのベーンと反対側の端部であってオネジ部となる座巻部が、貫通穴の内周面に形成されたメネジ部にねじ込まれてスプリングが貫通穴に固定されており、スプリングは、座巻部の端がスプリングの内径方向に折り返された把持部を有するものである。

この発明によれば、スプリングに把持部を設けたので、スプリングを貫通穴にねじ込む際の挿入性を向上できる。

この発明の実施の形態１におけるロータリ式圧縮機の模式的な縦断面図である。 この発明の実施の形態１におけるロータリ式圧縮機の圧縮機構部の模式的な横断面図である。 この発明の実施の形態１におけるロータリ式圧縮機のスプリングの固定構造を示す図である。 図３のスプリングを示す図である。 図３のスプリングの座巻部を後端部側から見た図である。 本発明の実施の形態２におけるロータリ式圧縮機のスプリングの固定構造を示す図である。

以下、この発明の実施の形態に係るロータリ式圧縮機について図面を参照しながら説明する。ここで、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成部品の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるロータリ式圧縮機の模式的な縦断面図である。図２は、この発明の実施の形態１におけるロータリ式圧縮機の圧縮機構部の模式的な横断面図である。
ロータリ式圧縮機は、例えば空調機、冷蔵装置、冷凍装置または給湯機等のヒートポンプ機器に採用される冷媒回路の構成要素の一つとなるものである。ロータリ式圧縮機は密閉型の電動圧縮機であり、密閉容器１内に、圧縮機構部３と、圧縮機構部３を回転軸４を介して駆動する電動機構部２とが配置された構成を有する。圧縮機構部３は密閉容器１内の下部に配置され、電動機構部２は密閉容器１内の上部に配置されている。圧縮機構部３と電動機構部２との間には空間Ａを有している。この実施の形態１におけるロータリ式圧縮機は、圧縮機構部３が２つのシリンダを有するツインロータリー形の回転圧縮機を例に説明するが、これに限るものではなく、シリンダが１つまたは３つ以上のものでもよい。

密閉容器１は、例えば、円筒形状の中央容器１ａと、上容器１ｂと、下容器１ｃとで構成されている。中央容器１ａの上方の開口部に上容器１ｂが嵌入され、中央容器１ａの下方の開口部に下容器１ｃが嵌入されており、密閉容器１の内部は密閉状態となっている。上容器１ｂには、吐出管５が接続されている。吐出管５は、圧縮機構部３によって圧縮された密閉容器１内の高温高圧のガス冷媒を冷媒配管に吐出させるための接続管である。

密閉容器１の下部には潤滑油が蓄えられ、回転軸４の下端部に設けられた給油機構（図示せず）で潤滑油を汲み上げて各部に油を供給することで、圧縮機構部３の潤滑が保たれている。

電動機構部２は、固定子２ａと、回転子２ｂとを備えている。回転子２ｂは回転軸４に固定されており、回転子２ｂの回転により回転軸４が回転し、圧縮機構部３に回転動力が伝達される。回転子２ｂには、回転軸方向に貫通するガス穴２１が形成されている。また、回転子２ｂと固定子２ａとの間にはエアギャップ２２が設けられている。ガス穴２１およびエアギャップ２２は冷媒ガスを通過させる流路であり、圧縮機構部３から吐出された冷媒ガスが、この流路を通過して電動機構部２の上方へ移動し、吐出管５から外部に吐出される。

圧縮機構部３は、第１圧縮機構部３０Ａと、第２圧縮機構部３０Ｂと、第１圧縮機構部３０Ａの上端面に配置された上軸受４０と、第２圧縮機構部３０Ｂの下端面に配置された下軸受５０と、中間板６０とを備えている。

上軸受４０は、回転軸４を回転自在に支持する中空円筒状の軸受部４１と、後述のシリンダ３１の上端面を閉塞する平板環状の端板４２とから構成されている。下軸受５０も同様に、回転軸４を回転自在に支持する中空円筒状の軸受部５１と、後述のシリンダ３１の下端面を閉塞する平板環状の端板５２とから構成されている。また、端板４２および端板５２のそれぞれには、後述の圧縮室内が所定の圧力以上になった際に開く吐出弁を備えた吐出口４２ａおよび吐出口５２ａが形成されている。また、端板４２および端板５２のそれぞれには、吐出口を覆うように消音器４３および消音器５３が取り付けられている。

次に、圧縮機構部３の第１圧縮機構部３０Ａと第２圧縮機構部３０Ｂの構成について説明する。第１圧縮機構部３０Ａと第２圧縮機構部３０Ｂは基本的に同様の構成であるため、以下、第１圧縮機構部３０Ａを代表して説明する。

第１圧縮機構部３０Ａは、回転軸方向に貫通する貫通穴を有する環状のシリンダ３１と、シリンダ３１内に形成された後述のシリンダ室内で回転するピストン３２と、ベーン３３等を備えている。シリンダ３１の回転軸方向の両端面には上軸受４０と中間板６０とが配置されており、貫通穴が上軸受４０の端板４２と中間板６０とで閉塞されることで、シリンダ３１内にシリンダ室４４が形成されている。

ピストン３２は、回転軸４の偏心部４ａに回転可能に嵌合した状態でシリンダ３１内のシリンダ室４４に収納されている。

シリンダ３１には、シリンダ３１を径方向に貫通する貫通穴３４が形成されている。貫通穴３４は、先端側がシリンダ室４４に連通し、後端側がシリンダ３１の外周面に開口している。貫通穴３４内には、ベーン３３が径方向に進退自在に配置されている。貫通穴３４においてベーン３３の径方向外側にはスプリング３５が配置されており、スプリング３５によって径方向内側に押圧されることで、ベーン３３の先端部３３ｂがピストン３２に常に当接している。このようにベーン３３の先端部３３ｂがピストン３２と当接することで、シリンダ室４４内が吸入室４４ａと圧縮室４４ｂとに仕切られている。

また、シリンダ３１には、ベーン３３を挟んで両側に径方向に貫通する吸入口３６と、上軸受４０の端板４２に形成された吐出口４２ａに連通する吐出切欠き３７とが設けられている。吸入口３６には、密閉容器１の中央容器１ａの外部からアキュムレータ７０の後述の流出管７３が接続されている。一方、吐出切欠き３７は、上軸受４０の端板４２に形成された吐出口４２ａに連通している。

第２圧縮機構部３０Ｂは、第２圧縮機構部３０Ｂのシリンダ３１の略中心に形成された貫通穴を閉塞する部材が、中間板６０と下軸受５０とである点が第１圧縮機構部３０Ａと異なり、その他の構成は第１圧縮機構部３０Ａと基本的に同様である。

アキュムレータ７０は、容器７１と、流入管７２と、流出管７３と、容器７１の内部において流出管７３に連通する内管７４とを備えている。アキュムレータ７０は、流入管７２から容器７１内に流入した冷媒を、液冷媒とガス冷媒とに分離する。分離されたガス媒は、内管７４を介して容器７１から流出し、流出管７３を通ってシリンダ３１の吸入口３６からシリンダ室４４の吸入室４４ａに流入する。

次に、この実施の形態１のロータリ式圧縮機の動作について説明する。
第１圧縮機構部３０Ａでは、電動機構部２に電力が供給されると、電動機構部２によって回転軸４が回転する。回転軸４が回転することにより回転軸４の偏心部４ａがシリンダ室４４内で偏心的に回転し、ピストン３２がシリンダ室４４内で偏心的に回転する。ピストン３２の回転に伴い、アキュムレータ７０から吸入口３６を介してシリンダ室４４の吸入室４４ａにガス冷媒が吸入される。吸入されたガス冷媒は、ピストン３２の回転に伴い、圧縮室４４ｂの容積が徐々に縮小されることで圧縮される。

圧縮されたガス冷媒は、所定の圧力になると、シリンダ３１の吐出切欠き３７を介して、上軸受４０に設けられた吐出口４２ａから消音器４３の内部空間Ｂへ吐出される。消音器４３の内部空間Ｂに吐出されたガス冷媒は、消音器４３に設けられた吐出口（図示せず）から密閉容器１内の空間Ａへ吐出される。

第２圧縮機構部３０Ｂにおいても同様に、アキュムレータ７０から吸入したガス冷媒が圧縮され、密閉容器１内の空間へ吐出される。

そして、第１圧縮機構部３０Ａおよび第２圧縮機構部３０Ｂでは、回転軸４が回転することで、冷媒ガスの吸入および圧縮が繰り返される。そして、第１圧縮機構部３０Ａおよび第２圧縮機構部３０Ｂのそれぞれで圧縮されて密閉容器内の空間へ吐出されたガス冷媒は、電動機構部２に形成された隙間、すなわちガス穴２１およびエアギャップ２２を通って密閉容器１内の上部に達し、吐出管５から冷媒回路へと吐出される。なお、このロータリ式圧縮機では、冷媒として例えばＲ２９０等の可燃性冷媒が使用されるが、冷媒の種類はこれに限定されるものではない。

そして、この実施の形態１の特徴とする構成としては、スプリング３５の固定構造にある。以下、スプリング３５の固定構造について説明する。なお、第１圧縮機構部３０Ａと第２圧縮機構部３０Ｂにおいてスプリングの固定構造は同じである。よって、本明細書では第１圧縮機構部３０Ａを代表してスプリング３５の固定構造を説明する。

図３は、この発明の実施の形態１におけるロータリ式圧縮機のスプリングの固定構造を示す図である。図４は、図３のスプリングを示す図である。図５は、図３のスプリングの座巻部を後端部側から見た図である。

スプリング３５は、弾性線材を螺旋状に巻回して構成されている。スプリング３５の後端側の端部である座巻部３５ａは、先端部３５ｂよりも大径に構成されている。座巻部３５ａの端部には把持部３５ｃが形成されている。把持部３５ｃは、座巻部３５ａの端をスプリング３５の内径方向に折り返した折り返し部で構成されている。スプリング３５が配置される貫通穴３４の径方向外側の内周面にはメネジ部３４ａが形成されており、オネジ部となる座巻部３５ａが、メネジ部３４ａにねじ込まれてスプリング３５が貫通穴３４に固定されている。貫通穴３４のメネジ部３４ａの深さＨは、スプリング３５の線径Ｊよりも大きい。また、メネジ部３４ａの径Ｋは、スプリング３５の座巻部３５ａの径Ｄよりも小さい。

次に、把持部３５ｃの作用について説明する。
組立時にスプリング３５を貫通穴３４に固定する際、作業者は、スプリング３５の外周を把持してスプリング３５を貫通穴３４に径方向外側から挿入する。そして、座巻部３５ａが貫通穴３４の径方向外側の端部に位置したところで、例えば親指と人差し指とをスプリング３５の内側に差し込んで把持部３５ｃを把持する。そして、作業者は、把持部３５ｃを把持した状態で把持部分を回転させることで、スプリング３５を回転させて座巻部３５ａをメネジ部３４ａにねじ込む。これによりスプリング３５が貫通穴３４に固定される。このように、スプリング３５に把持部３５ｃを設けたことで、座巻部３５ａをメネジ部３４ａに回転挿入する際の挿入性を向上できる。

以上説明したように、この実施の形態１によれば、スプリング３５の座巻部３５ａに把持部３５ｃを設けたので、スプリング３５をメネジ部３４ａにねじ込む際の挿入性を向上できる。

実施の形態２．
実施の形態２は、スプリング３５の挿入位置の位置決めに関する。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

図６は、本発明の実施の形態２におけるロータリ式圧縮機のスプリングの固定構造を示す図である。
スプリング３５は、座巻部３５ａがメネジ部３４ａにねじ込まれることによって固定されるため、スプリング３５の座巻部３５ａの貫通穴３４への挿入深さＬ１は、メネジ部３４ａの径方向の深さＬ２によって制限される。つまり、挿入深さＬ１の最大値は、メネジ部３４ａの深さＬ２に等しくなる。よって、メネジ部３４ａの深さＬ２を制限することで、スプリング３５の挿入深さＬ１を制限できる。

運転時のスプリング３５の変形量は、「シリンダの内径」、「ピストンの外径」および「ベーンの長さ」によって決まる。このように、運転時のスプリング３５の変形量は決まっているため、スプリング３５には、変形量を考慮した長さおよびバネ定数のスプリングが選定されている。よって、スプリング３５が貫通穴３４に必要以上に深く挿入されていると、つまり挿入深さＬ１が長すぎると、スプリング３５が必要以上に縮んだ状態で貫通穴３４内に設置されることになる。運転時には、その状態に加えてさらに変形量が加わるため、スプリング３５に対して過大な応力が発生して破壊する可能性が高くなる。

この実施の形態２では、上述したようにメネジ部３４ａの深さＬ２を制限することで、スプリング３５の挿入深さＬ１を制限できる。このため、スプリング３５に対する過大な応力の発生を避けられる深さ範囲にメネジ部３４ａを設ける。具体的には、メネジ部３４ａの深さＬ２は、メネジ部３４ａの径方向内側の端部までスプリング３５が挿入された状態において、運転時のスプリング３５の変形量を許容する長さに設定されている。これにより、スプリング３５の疲労耐力設計のマージンを小さくできる。

以上説明したように、この実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、メネジ部３４ａの深さＬ２によってスプリング３５の挿入深さＬ１を制限できる。よって、メネジ部３４ａの深さＬ２を、メネジ部３４ａの径方向内側の端部までスプリング３５が挿入された状態において、運転時のスプリング３５の変形量を許容する長さに設定することで、スプリング３５の疲労耐力設計のマージンを小さくできる。

１ 密閉容器、１ａ 中央容器、１ｂ 上容器、１ｃ 下容器、２ 電動機構部、２ａ 固定子、２ｂ 回転子、３ 圧縮機構部、４ 回転軸、４ａ 偏心部、５ 吐出管、２１ ガス穴、２２ エアギャップ、３０Ａ 第１圧縮機構部、３０Ｂ 第２圧縮機構部、３１ シリンダ、３２ ピストン、３３ ベーン、３３ａ 後端部、３３ｂ 先端部、３３ｃ 凹部、３４ 貫通穴、３４ａ メネジ部、３５ スプリング、３５ａ 座巻部、３５ｂ 先端部、３５ｃ 把持部、３６ 吸入口、３７ 吐出切欠き、４０ 上軸受、４１ 軸受部、４２ 端板、４２ａ 吐出口、４３ 消音器、４４ シリンダ室、４４ａ 吸入室、４４ｂ 圧縮室、５０ 下軸受、５１ 軸受部、５２ 端板、５３ 消音器、６０ 中間板、７０ アキュムレータ、７１ 容器、７２ 流入管、７３ 流出管、７４ 内管、Ａ 空間、Ｂ 内部空間、Ｄ 座巻部の径、Ｊ スプリングの線径、Ｋ メネジ部の径。

この発明に係るロータリ式圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構部を備えたロータリ式圧縮機であって、圧縮機構部は、環状のシリンダと、シリンダ内に形成されたシリンダ室内で回転するピストンと、シリンダを径方向に貫通する貫通穴内を進退するベーンと、ベーンの先端部がピストンの外周面に当接するようにベーンを押圧するスプリングとを備え、スプリングは、ベーン側に位置し、運転時に変形する変形部と、ベーンと反対側の端部であってオネジ部となる座巻部とを有し、座巻部が、貫通穴の内周面に形成されたメネジ部にねじ込まれることによってスプリングが貫通穴に固定されており、座巻部は、変形部よりも大径に構成され、座巻部の端には、スプリングの内径方向に折り返された把持部が形成されているものである。

Claims (2)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機構部を備えたロータリ式圧縮機であって、
   前記圧縮機構部は、
   環状のシリンダと、
   前記シリンダ内に形成されたシリンダ室内で回転するピストンと、
   前記シリンダを径方向に貫通する貫通穴内を進退するベーンと、
   前記ベーンの先端部が前記ピストンの外周面に当接するように前記ベーンを押圧するスプリングとを備え、
   前記スプリングの前記ベーンと反対側の端部であってオネジ部となる座巻部が、前記貫通穴の内周面に形成されたメネジ部にねじ込まれて前記スプリングが前記貫通穴に固定されており、
   前記スプリングは、前記座巻部の端が前記スプリングの内径方向に折り返された把持部を有するロータリ式圧縮機。
2. 前記メネジ部の前記径方向の深さは、前記スプリングが前記メネジ部の前記径方向の内側の端部まで挿入された状態において、運転時の前記スプリングの変形量を許容する長さを有する請求項１記載のロータリ式圧縮機。

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